Đồ án: Tìm hiểu vi điều khiển AT89C51 và ứng dụng điều khiển động cơ điện một chiều ( quay thuận, quay ngược ) pptx

LỜI NÓI ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành
điện tử đã được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lĩnh vực điều khiển,
từ khi công nghệ chế tạo loại vi mạch lập trình phát triển đã đem đến các kỹ thuật
điều khiển hiện đại có nhiều ưu điểm hơn so với việc sử dụng các mạch điều khiển
lắp ráp bằng các linh kiện rời như kích thước nhỏ, giá thành rẻ, độ làm việc tin
cậy, công suất tiêu thụ nhỏ.
Ngày nay, trong lĩnh vực điều khiển đã được ứng dụng rộng rãi trong các
thiết bị, sản phẩm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt hàng ngày của con người như
máy giặt, đồng hồ báo giờ, cân điện tử đã giúp cho đời sống cuả chúng ta ngày
càng hiện đại và tiện nghi hơn.Truyền động điện một chiều sử dụng cho các máy
có yêu cầu về điều chỉnh chiều quay.
Vì vậy với đề tài thực tập môn học về “Tìm hiểu vi điều khiển AT89C51
và ứng dụng điều khiển động cơ điện một chiều ( quay thuận, quay ngược )”
dưới sự hướng dẫn tận tình của cô Đỗ Thị Mai . Do tài liệu tham khảo bằng Tiếng
Việt còn hạn chế, trình độ có hạn và kinh nghiệm trong thực tế còn non kém, nên
đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến
đóng góp, giúp đỡ chân thành của các thầy cô cũng như của các bạn sinh viên
trong khoa.


Em xin chân thành cảm ơn !

1


MỤC LỤC
PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG 2

1. Tổng quan 2

2. Mục tiêu của đề tài 2

3. Phương pháp nghiên cứu 2

4. Kết quả dự kiến 2

PHẦN II NỘI DUNG CHÍNH 3

CHƯƠNG 1 THIẾT BỊ ĐIỆN VÀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRONG ĐỀ TÀ
I 3

1. Tìm hiểu về vi điều khiển AT89C51 3

1.1 Sơ đồ khối chip 8051:
3

1.2 Sơ đồ và chức năng các chân của chip 8051:
5

1.3 Tổ chức bộ nhớ: 7

1.4 Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR): 10

1.5 Các cải tiến của 8052: 12

1.6 Hoạt động Reset: 12

2. Tìm hiểu về động cơ điện một chiều 13

2.1 Khái niệm động cơ điện một chiều. 13

2.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều. 14

2.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều 16

2.4. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều 17

2.5 Phân loại 18

3. Tìm hiểu về mosfet 19

3.1 Giới thiệu về Mosfet 19

3.2 Kí hiệu và cấu tạo của Mosfet 20

3.3 Nguyên lý hoạt động 21

3.4 Ứng dụng của mofet 21

CHƯƠNG II THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH 22

1. Thiết kế 22

1.1 Thiết kế mạch cầu H 22

2. Chế tạo mạch 26

2.1 Sơ đồ mạch nguyên lý 26

2.2 Sơ đồ mạch in 27

2.3 Sơ đồ mô phỏng 3D 28

CHƯƠNG III CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 29

3.1 Giới thiệu về phần mềm và ngôn ngữ lập trình 29

3.2 Chương trình điều khiển động cơ quay thuận nghịch 29

PHẦN III KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI 32

1. Kết luận 32

2. Hướng phát triển của đề tài 32

Tài liệu tham khảo: 33

2


PHẦN I GIỚI THIỆU CHUNG
1. Tổng quan
Trong quá trình làm việc, động cơ điện một chiều thường phải làm việc ở
nhiều chế độ khác nhau .Có thể là tốc độ của các chế độ khác nhau hay chiều quay
của động khác nhau . Chính vì vậy việc điều khiển động cơ một chiều là một yêu
cầu cần thiết và tất yếu đối với các máy sản xuất
Do đông cơ một chiều rất quan trọng trong cuộc sống và rất phổ biến trong
cuộc sống nên học kỳ này em được làm báo cáo ” Điều khiển đông cơ 1 chiều
bằng vi điều khiển’’. Có thể nói động cơ 1 chiều có vai trò rất lớn trong ngành
điều khiển tự động. Nó có thể được sử dụng trong các băng tải trong các nhà máy
hay đơn giản là dùng trong cửa tự động trong các siêu thị
Để điều khiển được động cơ một chiều hay nói cách khác là điều chỉnh động cơ
quay thuận ,quay ngược em sử dụng mạch cầu H để điều khiển.
2. Mục tiêu của đề tài
Mục tiêu của đề tài là tạo ra một mô hình điều khiển cho động cơ 1 chiều, mô
hình điều khiển này có thể làm mô hình thí nghiệm cho các sinh viên nghiên cứu
để tìm hiểu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động cũng như các phương pháp điều khiển
hoạt động cho động cơ. Đặc biệt là việc điều khiển cho động cơ 1 chiều sử dụng vi
điều khiển AT89C51.
3. Phương pháp nghiên cứu
 Đưa ra ý tưởng thiết kế (ứng dụng vi điều khiển).
 Thiết kế mạch phần cứng điều khiển: kết nối vi điều khiển, điều khiển hoạt
động của động cơ.

 Viết chương trình điều khiển.
 Vận hành mô hình và sửa lỗi.
4. Kết quả dự kiến
 Thứ nhất : tìm hiểu và biết được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động
cơ điện một chiều.
 Thứ hai : biết được cấu tạo và nguyên lý hoạt động cũng như ứng dụng của
các linh kiện điện tử.
 Thứ ba : dùng vi điều khiển để đảo chiều động cơ điện một chiều
 Thứ tư : có thể hiểu và lập trình thành thạo với vi điều khiển AT89C51.
 Hoàn thành mô hình đề tài đảm bảo đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu đã
được đề ra.




3


PHẦN II NỘI DUNG CHÍNH
CHƯƠNG 1 THIẾT BỊ ĐIỆN VÀ LINH KIỆN ĐIỆN TỬ SỬ DỤNG TRONG ĐỀ
TÀI
1. Tìm hiểu về vi điều khiển AT89C51
1.1 Sơ đồ khối chip 8051:


Hình 1. Sơ đồ khối 8051

Chip 8051 có các đặc trưng như sau:

4KB ROM


128 byte RAM


4 port xuất nhập (I/O port) 8 bit


2 bộ định thời 16 bit


Mạch giao tiếp nối tiếp


Không gian nhớ chương trình ngoài 64K


Không gian nhớ dữ liệu ngoài 64K


Bộ xử lý bit


210 vị trí nhớ được định địa chỉ, mỗi vị trí 1 bit


Nhân/chia trong 4µs

4


Cấu trúc bên trong của 8051:

Hình 2 . Cấu trúc bên trong 8051





5


1.2 Sơ đồ và chức năng các chân của chip 8051:
Thuật ngữ “8051” được dùng để chỉ rộng rãi các chip của họ MSC-51. Vi
mạch tổng quát của họ MSC-51 là chip 8051, linh kiện đầu tiên của họ này
được hãng Intel đưa ra thị trường. Hiện hay nhiều nhà sản xuất IC như
Seimens, Advance Micro Devices (AMD), Fujitsu, Philips, Atmel … được cấp
phép làm nhà cung cấp thứ hai cho các chip của họ MSC-51. Ở Việt Nam các
chip và các biến thể họ MSC-51 của hãng Atmel và Philips được sử dụng rộng
rãi như: 89C2051, AT89C51, AT8C52, AT8C55, AT89S52, AT89S8252,
AT89S8253, P89C51RDxx, P89V51RDxx …


Hình 3. Sơ đồ chân 8051
Chip 8051 có 32 chân xuất/nhập, tuy nhiên có 24 chân đa mục đích trong
tổng số 32 chân này. Mỗi một chân này có thể hoạt động ở chế độ xuất/nhập,

hoạt động điều khiển hoặc hoạt động như một đường địa chỉ/dữ liệu của bus địa
chỉ/dữ liệu đa hợp.

 PORT 0:
Port 0 (các chân từ 32-39) được ký hiệu là P0.0 - P0.7 có hai công dụng.
Trong các thiết kế có tối thiểu thành phần, Port 0 được sử dụng làm
nhiệm vụ xuất nhập. Tuy nhiên, khi dùng chức năng này thì Port 0 phải dùng
thêm các điện trở kéo lên (pull-up), giá trị của điện trở phụ thuộc vào thành
phần kết nối với Port. Khi dùng làm ngõ ra, Port 0 có thể kéo được 8 ngõ TTL.
Khi dùng làm ngõ vào, Port 0 phải được set mức logic 1 trước đó.
Với các thiết kế lớn hơn có bộ nhớ ngoài, Port 0 trở thành bus địa chỉ và
bus dữ liệu đa hợp ( byte địa chỉ thấp ).





6


 PORT 1:
Port 1 (các chân từ 1-8) chỉ có công dụng là xuất/nhập được ký hiệu từ
P1.0 đến P1.7 và dùng để giao tiếp với thiết bị bên ngoài. Với chip 8052 ta có
thể sử dụng P1.0 và P1.1 hoặc làm các đường xuất/nhập hoặc làm các ngõ vào
cho mạch định thời thứ ba.
Tại Port 1 đã có điện trở kéo lên nên không cần thêm điện trở ngoài. Port
1 có khả năng kéo được 4 ngõ TTL. Khi dùng làm ngõ vào, Port 1 phải được
set mức logic 1 trước đó.
 PORT 2:
Port 2 (các chân từ 21-28) được ký hiệu là P2.0-P2.7 có hai công dụng,

hoặc làm nhiệm vụ xuất/nhập có khả năng kéo được 4 ngõ TTL hoặc là byte địa
chỉ cao của bus địa chỉ 16 bit cho các thiết kế có bộ nhớ chương trình ngoài
hoặc các thiết kế có nhiều hơn 256 byte bộ nhớ dữ liệu.
Khi dùng làm ngõ vào, Port 2 phải được set mức logic 1 trước đó.
 PORT 3:
Port 3 (các chân từ 10-17) được ký hiệu là P3.0-P3.7 có hai công dụng. Port
3 có khả năng kéo được 4 ngõ TTL. Khi dùng làm ngõ vào, Port 1 phải được
set mức logic 1 trước đó. Khi không hoạt động xuất/nhập, các chân của port 3 có
nhiều chức năng riêng.
Bảng 1.
Chức năng các chân của Port 3 và Port 1

Bit Tên chân

Địa chỉ bit Chức
năng

P3.0 RxD B0H Chân nhận dữ liệu của port nối tiếp
P3.1 TxD B1H Chân phát dữ liệu của port nối tiếp
P3.2 INT0 B2H Ngõ vào ngắt ngoài 0
P3.3 INT1 B3H Ngõ vào ngắt ngoài 1
P3.4 T0 B4H Ngõ vào bộ định thời hoặc bộ đếm 0
P3.5 T1 B5H Ngõ vào bộ định thời hoặc bộ đếm 1
P3.6 WR B6H Điều khiển ghi bộ nhớ dữ liệu ngoài
P3.7 RD B7H Điều khiển đọc bộ nhớ dữ liệu ngoài
P1.0 T2 90H Ngõ vào bộ đinh thời hoặc bộ đếm 2
P1.1 T2EX 91H Nạp lại hoặc thu nhận của bộ định thời

7


 /PSEN:
Chân cho phép bộ nhớ chương trình /PSEN (Program store enable) là tín
hiệu xuất trên chân 29. Đây là tín hiệu điều khiển cho phép ta truy xuất bộ nhớ
chương trình ngoài. Chân này thường nối với chân cho phép xuất /OE ( Output
enable ) của EPROM hoặc ROM để cho phép đọc các byte lệnh. Tín hiệu /PSEN
ở mức logic 0 trong suốt thời gian tìm nạp lệnh. Các mã nhị phân của chương
trình hay Opcode được đọc từ EPROM qua bus dữ liệu và được chốt vào thanh
ghi lệnh IR của 8051 để được giải mã. Khi thực thi một chương trình chứa ở
ROM nội, chân /PSEN được duy trì ở mức logic không tích cực ( logic 1).
 ALE:
Ngõ xuất tín hiệu cho phép chốt địa chỉ ALE ( address latch enable ) dùng
để giải đa hợp ( demultiplexing ) bus dữ liệu và bus địa chỉ. Khi port 0 được sử
dụng làm bus địa chỉ/dữ liệu đa hợp, chân ALE xuất tín hiệu để chốt địa chỉ (byte
thấp của địa chỉ 16 bit) vào một thanh ghi ngoài trong suốt ½ đầu của chu kỳ bộ
nhớ ( memory cycle ). Sau khi điều này đã được thực hiện, các chân của port 0 sẽ
xuất/nhập dữ liệu hợp hệ trong suốt ½ thứ hai của chu kỳ bộ nhớ. Tín hiệu ALE
có tần số bằng 1/6 tần số của mạch dao động bên trong chip vi điều khiển.
 /EA:
Ngõ vào /EA có thể được nối với 5V (logic 1) hoặc với GND (logic 0).Nếu
chân này nối lên 5V chip 8051 thực thi chương trình trong ROM nội. Nếu chân
này được nối với GND (và chân /PSEN cũng ở logic 0) thì chương trình cần được
thực thi chứa ở bộ nhớ ngoài.
 RESET (RST):

Ngõ vào RST là ngõ vào xóa chính (master reset) của 8051 dùng để thiết lập
lại trạng thái ban đầu cho hệ thống hay gọi tắt là reset hệ thống. Khi ngõ vào này
được treo ở mức logic 1 tối thiểu 2 chu kỳ máy, các thanh ghi bên trong của 8051
được nạp lại các giá trị thích hợp cho việc khởi động lại hệ thống .
 XTAL1, XTAL2:
Mạch dao động trên chip được ghép nối với mạch thạch anh bên ngoài ở hai
chân XTAL1 và XTAL2, các tụ ổn định cũng đựoc yêu cầu kết nối, giá tri tụ do
nhà sản xuất quy định (30p-40p).
1.3 Tổ chức bộ nhớ:
Các chip vi điều được dùng làm thành phần trung tâm trong các thiết kế
hướng điều khiển, trong đó bộ nhớ có dung lượng giới hạn, không có ổ đĩa và hệ
điều hành. Chương trình điều khiển phải thường trú trong ROM nên 8051 có
không gian bộ nhớ riêng cho chương trình và dữ liệu, cả hai bộ nhớ chương trình
và dữ liệu đều đặt trong chip, tuy nhiên ta có thể mở rộng bộ nhớ chương trình và




8


bộ nhớ dữ liệu bằng cách sử dụng các chip nhớ bên ngoài với dung lượng tối đa là
64K.
Bộ nhớ nội trong chip bao gồm ROM và RAM. RAM trên chip bao gồm
vùng RAM đa chức năng (general purpose RAM: 30H-7FH), vùng RAM với từng
bit được định địa chỉ (bit address locations) gọi tắt là vùng RAM định địa chỉ bit
(20H-2FH ), các dãy thanh ghi (bank: 00H-1FH) và các thanh ghi chức năng đặc
biệt SFR (special function register: 80H-FFH).

Hình 4. Tổ chức bộ nhớ

Vùng RAM đa mục đích:
Vùng RAM đa mục đích có 80 byte đặt ở địa chỉ từ 30H-7FH. Bất kỳ vị trí
nhớ nào trong vùng RAM đa mục đích đều có thể được truy xuất tự do bằng cách
sử dụng các kiểu định địa chỉ trực tiếp hoặc gián tiếp.
Ex: MOV A,5FH
MOV R0,5FH
MOV A,@R0




9



hình 5. Sơ đồ phân bố RAM và các thanh ghi chức năng đặc biệt
Vùng RAM định địa chỉ bit:
8051 có 210 vị trí bit được định địa chỉ trong đó 128 bit chứa trong các byte
ở địa chỉ từ 20H-2FH và phần còn lại chứa trong các thanh ghi chức năng đặc
biệt.
Các dãy thanh ghi:
32 vị trí thấp nhất của bộ nhớ nội chứa các dãy thanh ghi. Các lệnh của
8051 hỗ trợ 8 thanh ghi từ R0-R7 thuộc dãy 0 (bank 0). Đây là dãy mặc định sau
khi reset hệ thống. Các thanh ghi này ở các địa chỉ từ 00H-
07H.

10


Ex: MOV A,R5
<=> MOV A,05H
Các lệnh sử dụng các thanh ghi từ R0-R7 là các lệnh ngắn và thực hiện
nhanh hơn so với các lệnh tương đương sử dụng kiểu định địa chỉ trực tiếp. Các
giá trị thường được sử dụng nên chứa ở một trong các thanh ghi này. Dãy thanh
ghi đang được sử dụng được gọi là dãy thanh ghi tích cực. Dãy thanh ghi tích cực
có thể được thay đổi bằng cách thay đổi các bit chọn dãy trong thanh ghi PSW.
1.4 Các thanh ghi chức năng đặc biệt (SFR):
Các thanh ghi nội của 8051 được cấu hình thành một phần của RAM trên
chip, do vậy mỗi thanh ghi cũng có một địa chỉ . Cũng như các thanh ghi từ R0-
R7 ta có 21 thanh ghi chức năng đặc biệt SFR chiếm phần trên của RAM nội từ
địa chỉ 80H-FFH. Lưu ý không phải tất cả 128 địa chỉ từ 80H-FFH đều được định
nghĩa mà chỉ có 21 địa chỉ được định nghĩa.
1.4.1 Từ trạng thái chương trình PSW (program status word):
Thanh ghi PSW có địa chỉ là D0H chứa các bit trạng thái có chức
năng
được tóm tắt trong bảng sau:

Bảng 2
Mô tả thanh ghi từ trạng thái chương trình PSW
Bit Ký hiệu Địa chỉ Mô tả bit
PSW.7 CY D7H Cờ nhớ
PSW.6 AC D6H Cờ nhớ phụ
PSW.5 F0 D5H Cờ 0
PSW.4 RS1 D4H Chọn dãy thanh ghi ( bit 1)

PSW.3 RS0 D3H Chọn dãy thanh ghi ( bit 0 )
00 = bank 0 địa chỉ từ 00H – 07H
01 = bank 1 địa chỉ từ 08H – 0FH
10 = bank 2 địa chỉ từ 10H – 17H
11 = bank 3 địa chỉ từ 18H – 1FH
PSW.2 OV D2H Cờ tràn
PSW.1 - D1H Dự trữ
PSW.0 P D0H Cờ kiểm tra chẵn lẻ






11


1.4.2 Thanh ghi B:
Thanh ghi B ở địa chỉ F0H được dùng chung với thanh chứa A trong các
phép toán nhân (MUL), chia (DIV). Các bit của thanh ghi B được định địa chỉ từ
F0H-F7H.
1.4.3 Con trỏ Stack:
Con trỏ Stack SP (stack pointer) là một thanh ghi 8 bit ở địa chỉ 81H. SP
chứa địa chỉ của dữ liệu hiện đang ở đỉnh của Stack. Các lệnh liên quan đến Stack
bao gồm lệnh cất dữ liệu vào Stack (PUSH) và lệnh lấy dữ liệu ra khỏi Stack
(POP). Việc cất dữ liệu vào Satck làm tăng thanh ghi SP trước khi ghi dữ liệu và
việc lấy dữ liệu ra Stack sẽ làm giảm thanh ghi SP. Nếu ta không khởi động SP,
nội dung mặc định của thanh ghi này là 07H. Các lệnh PUSH và POP sẽ cất dữ
liệu vào stack và lấy dữ liệu từ stack, các lệnh gọi chương trình con (ACALL,
LCALL) và lệnh trở về (RET, RETI) cũng cất và phục hồi nội dung của bộ đếm

chương trình PC (program counter).
1.4.4 Con trỏ dữ liệu DPTR:
Con trỏ dữ liệu DPTR (data pointer) được dùng để truy xuất bộ nhớ chương
trình ngoài hoặc bộ nhớ dữ liệu ngoài. DPTR là thanh ghi 16 bit có địa chỉ là 82H
(DPL, byte thấp) và 83H (DPH, byte cao).
Ex: MOV A,#55H
MOV DPTR,#1000H MOV @DPTR,A
1.4.5 Các thanh ghi Port:
Các port xuất nhập của 8051 bao gồm port 0 tại địa chỉ 80H, port 1 tại địa
chỉ 90H, port 2 tại địa chỉ A0H và port 3 tại địa chỉ 0BH. Các port 0, 2 và 3
không được dùng để xuất/nhập nếu ta sử dụng thêm bộ nhớ ngoài hoặc nếu có
một số đặc tính của 8051 được sử dụng (như là ngắt, port nối tiếp). Tất cả các
port đều được định địa chỉ từng bit nhằm cung cấp các khả năng giao tiếp mạnh.
1.4.6 Các thanh ghi định thời:
8051 có hai bộ đếm/định thời (timer/counter) 16 bit để định các khoảng thời
gian hoặc để đếm các sự kiện .Bộ định thời 0 có địa chỉ 8AH (TL0, byte thấp) và
8CH (TH0, byte cao), bộ định thời 1 có địa chỉ 8BH (TL1, byte thấp) và 8DH
(TH1, byte cao). Họat động của bộ định thời được thiết lập bởi thanh ghi chế độ
định thời TMOD (timer mode register) ở địa chỉ 89H và thanh ghi điều khiển
định thời TCON (timer control regsiter) ở địa chỉ 88H.
1.4.7 Các thanh ghi port nối tiếp:
Bên trong 8051 có một port nối tiếp để truyền thông với các thiết bị nối tiếp
như các thiết bị đầu cuối hoặc moderm , hoặc để giao tiếp với các IC khác. Một
thanh ghi đựơc gọi là bộ đệm dữ liệu nối tiếp SBUF (serial data buffer) ở địa chỉ
99H lưu trữ dữ liệu truyền đi và dữ liệu nhận về .Việc ghi lên SBUF sẽ nạp dữ




12

liệu để truyền và việc đọc SBUF sẽ lấy dữ liệu đã nhận được. Các chế độ hoạt
động khác nhau được lập trình thông qua thanh ghi điều khiển port nối tiếp
SCON (serial port control register) ở địa chỉ 98H.
1.4.8 Các thanh ghi ngắt:
8051 có một cấu trúc ngắt với hai mức ưu tiên và năm nguyên nhân ngắt.
Các ngắt bị vô hiệu hóa sau khi reset hệ thống và sau đó được cho phép ngắt bằng
cách ghi vào thanh ghi cho phép ngắt IE (interrupt enable register) ở địa chỉ A8H.
Mức ưu tiên ngắt được thiết lập qua thanh ghi ưu tiên ngắt IP (interrupt priority
register) ở địa chỉ B8H. Cả hai thanh ghi này đều được định địa chỉ từng bit.
1.5 Các cải tiến của 8052:
Các vi mạch 8052 ( và các phiên bản CMOS ) có hai cải tiến so với 8051.
Một là có thêm 128 byte RAM trên chip từ địa chỉ 80H-FFH. Điều này không
xung đột với các thanh ghi chức năng đặc biệt (có cùng địa chỉ) vì 128 byte Ram
thêm vào chỉ có thể truy xuất bằng cách dùng kiểu định địa chỉ gián tiếp.
Ex: MOV A,#100
MOV R0,#0F0H ( Trùng với địa chỉ của thanh ghi B )
MOV A,@R0
Cải tiến thứ hai là có thêm bộ định thời 16 bit Timer 2
1.6 Hoạt động Reset:
8051 được reset bằng cách giữ chân RST ở mức cao tối thiểu 2 chu kỳ máy
và sau đó chuyển về mức thấp. RST có thể được tác động tay hoặc đựơc tác động
khi cấp nguồn bằng cách dùng một mạch RC.
Bảng 3. Trạng thái của các thanh ghi sau khi reset

Thanh ghi Nội dung
Bộ đếm chương trình 0000H
Thanh chứa A 00H
Thanh ghi B 00H

PSW 00H
SP 07H
DPTR 0000H
Port 0-3 FFH
IP xxx00000B




13


IE 0xx00000B
Các thanh ghi định thời 00H
SCON 00H
SBUF 00H
PCON (HMOS) 0xxxxxxxB
PCON (CMOS) 0xxx0000B

2. Tìm hiểu về động cơ điện một chiều.
2.1 Khái niệm động cơ điện một chiều.
Động cơ điện một chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện một
chiều. Động cơ điện một chiều ứng dụng rộng rãi trong các ứng dụng dân dụng
cũng như công nghiệp. Thông thường động cơ điện một chiều chỉ chạy ở một tốc
độ duy nhất khi nối với nguồn điện, tuy nhiên vẫn có thể điều khiển tốc độ và
chiều quay của động cơ với sự hỗ trợ của các mạch điện tử cùng phương pháp
PWM.
Động cơ điện một chiều trong dân dụng thường là các dạng động cơ hoạt
động với điện áp thấp, dùng với những tải nhỏ. Trong công nghiệp, động cơ điện
một chiều được sử dụng ở những nơi yêu cầu moment mở máy lớn hoặc yêu cầu

thay đổi tốc độ trong phạm vi rộng.
Một phần quan trọng của động cơ điện một chiều là bộ phận chỉnh lưu, nó
có nhiệm vụ là đổi chiều dòng điện trong cuộn rotor trong khi chuyển động quay
của rotor là liên tục. Thông thường bộ phận này là bộ phận gồm có một bộ cổ góp
và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp. Đây cũng chính là nhược điểm chính của
động cơ điện một chiều : cổ góp làm cho cấu tạo phức tạp, đắt tiền, kém tin cậy và
nguy hiểm trong môi trường dễ nổ, khi sử dụng phải có nguồn điện một chiều kèm
theo hoặc bộ chỉnh lưu.
Cấu tạo:
Gồm hai phần: - phần đứng yên (gọi là phần tĩnh ) .
- phần chuyển động (gọi là phần quay ).






14


2.2 Cấu tạo của động cơ điện một chiều.

Hình 6- Động cơ một chiều
Động cơ điện một chiều có thể phân thành hai phần chính: phần tĩnh (stato)
và phần động (roto).
2.2.1 Phần tĩnh ( stato ).
Stato hay còn gọi là phần kích từ động cơ, là bộ phận sinh ra từ trường . Gồm
có mạch từ và dây cuốn kích thích lồng ngoài mạch từ ( nếu động cơ được kích từ
bằng nam châm điện ).
 Mạch từ được làm bằng sắt từ ( thép đúc, thép đặc ).

 Dây quấn kích thích hay còn gọi là dây quấn kích từ được làm
bằng dây điện từ (emay). Các cuộn dây điện từ này được nối
tiếp với nhau.
a. Cực từ chính
Là bộ phận sinh ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ lồng
ngoài lõi sắt cực từ . Lõi sắt cực từ làm bằng những lá thép kỹ thuật điện hay thép
cacbon dày 0,5 đến 1 mm ép lại và tán chặt. Trong động cơ điện nhỏ có thể dùng
thép khối . Cực từ được gắn chặt vào vỏ máy nhờ các bulông. Dây quấn kích từ
được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện
kỹ thành một khối tẩm sơn cách điện trước khi đặt trên các cực từ . Các cuộn dây
kích từ được đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau.





15


b. Cực từ phụ
Cực từ phụ được đặt trên các cực từ chính và dùng để cải thiện đổi chiều .
Lõi thép của cực từ phụ thường làm bằng thép khối và trên thân cực từ phụ có đặt
dây quấn mà cấu rạo giống như dây quấn cực từ chính. Cực từ phụ được gắn vào
vỏ máy nhờ những bulông.
c. Gông từ
Gông từ dùng làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy .
Trong động cơ điện nhỏ và vừa thường dùng thép dày uốn và hàn lại. Trong máy
điện lớn thường dùng thép đúc . Có khi trong động cơ điện nhỏ dùng gang làm vỏ
máy .
d. Các bộ phận khác

Bao gồm:
- Nắp máy : Để bảo vệ máy khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây
quấn và an toàn cho người khỏi chạm vào điện . Trong máy điện nhỏ và vừa nắp
máy còn có tác dụng làm giá đỡ ổ bi . Trong trường hợp này nắp máy thường làm
bằng gang.
- Cơ cấu chổi than : để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài . Cơ cấu chổi
than bao gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than nhờ một lò xo tì chặt lên cổ góp
. Hộp chổi than được cố định trên giá chổi than và cách điện với giá . Giá chổi
than có thể quay được để điều chỉnh vị trí chổi than cho đúng chỗ . Sau khi điều
chỉnh xong thì dùng vít cố định lại.
2.2.2 Phần quay ( roto ).
Là phần sinh ra suất điện động . Gồm có mạch từ được làm bằng vật liệu sắt
từ ( lá thép kĩ thuật ) xếp lại với nhau .Trên mạch từ có xẻ rãnh đẻ lồng dây quấn
phần ứng (làm bằng dây điện từ ).
Cuộn dây phần ứng gồm nhiều bối dây nối vơi nhau theo một qui luật nhất
định. Mỗi bối dây gồm nhiều vòng dây các đầu dây của bối dây được nối với các
phiến đồng gọi là phiến góp .
Các phiến góp đó được ghép cách điện với nhau và cách điện với trục gọi là
cổ góp hay vành góp.




16


Tùy trên cổ góp là cặp chổi than làm bằng than graphit và được ghép sát vào
thành cổ góp nhờ lò xo.
a. Lõi sắt phần ứng
Dùng để dẫn từ . Thường dùng những tấm thép kỹ thuật điện dày 0,5mm phủ

cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy gây
nên. Trên lá thép có dập hình dạng rãnh để sau khi ép lại thì dặt dây quấn vào.
Trong những động cơ trung bình trở lên người ta còn dập những lỗ thông gió
để khi ép lại thành lõi sắt có thể tạo được những lỗ thông gió dọc trục .
Trong những động cơ điện lớn hơn thì lõi sắt thường chia thành những đoạn
nhỏ, giữa những đoạn ấy có để một khe hở gọi là khe hở thông gió . Khi máy làm
việc gió thổi qua các khe hở làm nguội dây quấn và lõi sắt.
Trong động cơ điện một chiều nhỏ , lõi sắt phần ứng được ép trực tiếp vào
trục . Trong động cơ điện lớn, giữa trục và lõi sắt có đặt giá rôto . Dùng giá rôto
có thể tiết kiệm thép kỹ thuật điện và giảm nhẹ trọng lượng rôto.
b. Dây quấn phần ứng
Dây quấn phần ứng là phần phát sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy
qua. Dây quấn phần ứng thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện. Trong máy
điện nhỏ có công suất dưới vài kw thường dùng dây có tiết diện tròn. Trong máy
điện vừa và lớn thường dùng dây tiết diện chữ nhật. Dây quấn được cách điện cẩn
thận với rãnh của lõi thép.
Để tránh khi quay bị văng ra do lực li tâm, ở miệng rãnh có dùng nêm để đè
chặt hoặc đai chặt dây quấn. Nêm có làm bằng tre, gỗ hay bakelit.
c. Cổ góp
Dùng để đổi chiều dòng điẹn xoay chiều thành một chiều. Cổ góp gồm
nhiều phiến đồng có được mạ cách điện với nhau bằng lớp mica dày từ 0,4 đến
1,2mm và hợp thành một hình trục tròn. Hai đầu trục tròn dùng hai hình ốp hình
chữ V ép chặt lại. Giữa vành ốp và trụ tròn cũng cách điện bằng mica. Đuôi vành
góp có cao lên một ít để hàn các đầu dây của các phần tử dây quấn và các phiến
góp được dễ dàng.
2.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Động cơ điện phải có hai nguồn năng lượng :
 Nguồn kích từ cấp vào cuộn kích từ để sinh ra từ thông kích từ

17


 Nguồn phần ứng được đưa vào hai chổi than để đưa vào hai cổ
góp của phần ứng .
Khi cho điện áp một chiều vào hai chổi điện trong dây quấn phần ứng có
điện. Các thanh dẫn có dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm
rôto quay. Chiều của lực được xác định bằng qui tắc bàn tay trái.
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau.
Do có phiếu góp nhiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không
thay đổi.
Khi quay các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động E
ư
chiều
của suất điện động được xác định theo qui tắc bàn tay phải, ở động cơ một chiều
suất điện động E
ư
ngược chiều dòng điện I
ư
nên E
ư
được gọi là sức phản điện động
phần ứng.
Phương trình cân bằng điện áp :
U = E
ư
+ R

ư
.I
ư
+I
ư
.





Hình 7 – Cấu tạo động cơ điện một chiều
2.4. Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều là quan hệ giữa tốc độ quay và
mômen quay của động cơ:


= f(M) hoặc n = f(M)
trong đó :

- tốc độ góc(rad/s).
n - tốc độ quay (v/ph).






Lõi thép
Chổi than

Trục
Cổ góp
Mạch roto




18


Có hai loại đặc tính cơ : đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo

M – momen(Nm)
Hình 8- Đặc tính cơ của động cơ điện một chiều
2.5 Phân loại
Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều
người ta phân loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ứng với mỗi cách
ta có các loại động cơ điện loại:
Có 4 loại động cơ điện một chiều thường sử dụng :
 Động cơ điện một chiều kích từ độc lập .
 Động cơ điện một chiều kích từ song song.
 Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp .
 Động cơ điện một chiều kích từ hỗn hợp .
2.5.1. Kích thích độc lập
Khi nguồn một chiều có công suất không đủ lớn, mạch điện phần ứng và
mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập nhau nên :
I = I
ư
( A )

M

đm


ntđm


o



M
đm


M


M
đm





o

a)Đặc tính cơ tự nhi
ên

b) Đặc tính cơ nhân t
ạo





19


2.5.2. Kích thích song song
Khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi, mạch
kích từ được mắc song song với mạch phần ứng nên :
I = I
ư
+I
t
( A )
2.5.3. Kích thích nối tiếp
Cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng cuộn kích từ có tiết diện
lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo dễ dàng nên ta có :
I = I
ư
=I
t
( A )
2.5.4. Kích thích hỗn hợp
Ta có: I = I
ư
+I

t
( A )
Với mỗi loại động cơ trên là tương ứng với các đặc tính, đặc điểm kỹ thuật
điều khiển và ứng dụng là tương đối khác nhau phụ thuộc vào nhiều nhân tố, ở đề
tài này ta chỉ xét đên động cơ điện một chiều kích từ độc lập và biện pháp hữu
hiệu nhất để điều khiển loại động cơ này.
3. Tìm hiểu về mosfet
3.1 Giới thiệu về Mosfet

Mosfet là Transistor hiệu ứng trường ( Metal Oxide Semiconductor Field
Effect Transistor ) là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và hoạt động khác với
Transistor thông thường mà ta đã biết, Mosfet có nguyên tắc hoạt động dựa trên
hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở kháng đầu vào lớn thích
hợn cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu, Mosfet được sử dụng nhiều trong các
mạch nguồn Monitor, nguồn máy tính .

Hình 9- Transistor hiệu ứng trường Mosfet




20


3.2 Kí hiệu và cấu tạo của Mosfet.
3.2.1 Kí hiệu của Mosfet


Hình 10- Ký hiệu và sơ đồ chân tương đương giữa Mosfet và Transistor

3.2.2 Cấu tạo của Mosfet.

Hình 11- Cấu tạo của Mosfet ngược Kênh N
 G : Gate gọi là cực cổng
 S : Source gọi là cực nguồn
 D : Drain gọi là cực máng




21


 Mosfet kện N có hai miếng bán dẫn loại P đặt trên nền bán dẫn N,
giữa hai lớp P-N được cách điện bởi lớp SiO
2
hai miếng bán dẫn P được
nối ra thành cực D và cực S, nền bán dẫn N được nối với lớp màng mỏng ở
trên sau đó được dấu ra thành cực G.
 Mosfet có điện trở giữa cực G với cực S và giữa cực G với cực D là
vô cùng lớn, còn điện trở giữa cực D và cực S phụ thuộc vào điện áp
chênh lệch giữa cực G và cực S (U
GS
) .
 Khi điện áp U
GS
= 0 thì điện trở R
DS
rất lớn, khi điện áp U
GS

> 0 => do
hiệu ứng từ trường làm cho điện trở R
DS
giảm, điện áp U
GS
càng lớn thì
điện trở R
DS
càng nhỏ.
3.3 Nguyên lý hoạt động
Mosfet hoạt động ở hai chế độ đóng và mở. Do là một phần tử cấu tạo với các
phần tử mang điện cơ bản nên mosfet có thể đóng cắt với tần số cao. Nhưng mà để
đảm bảo thời gian đóng cắt ngắn thì vấn đề điều khiển lại là vấn đề quan trọng.
o Đối với mosfet kênh P : điện áp điều khiển mở mosfet là U
GS
<0 dòng sẽ đi
từ S đến D.
o Đối với mosfet kênh N : điện áp điều khiển mở mosfet U
GS
> 0 .Điện áp
điều khiển đóng là U
GS
<= 0 dòng điện sẽ đi từ D xuống S.
Do đảm bảo thời gian đóng cắt là lớn nhất người ta thường : Đối với mosfet
kênh N điện áp khóa là U
GS
= 0 V ,còn kênh p thì U
GS
= ~0.
3.4 Ứng dụng của mofet

Mosfet có khả năng đóng cắt nhanh với dòng điện và điện áp khá lớn nên nó
được sử dụng nhiều trong các bộ dao động tạo ra từ trường vì do đóng cắt nhanh
làm dòng điện biến thiên. Nó thường được thấy trong các bộ nguồn xung và các
mạch điều khiển điện áp cao.











22


CHƯƠNG II THIẾT KẾ VÀ CHẾ TẠO MẠCH
1. Thiết kế
1.1 Thiết kế mạch cầu H
Có nhiều phương pháp đảo chiều động cơ điện một chiều,ở đây em sử dụng
phương pháp dùng mạch cầu H để đảo chiều động cơ. Ở đây em sử dụng transistor
và mosfet để đảo chiều động cơ.
MOSFET là viết tắt của cụm Meta Oxide Semiconductor Field-Effect-
Transistor tức Transisor hiệu ứng trường có dùng kim loại và oxit bán dẫn. Hình -
12 mô tả cấu tạo của MOSFET kênh n và ký hiệu của 2 loại MOSFET kênh n và
kênh p.

Hình 12-mosfet

MOSFET có 3 chân gọi là Gate (G), Drain (D) và Source (S) tương ứng với B,
E và C của BJT. Bạn có thể nguyên lý hoạt động của MOSFET ở các tài liệu về
điện tử, ở đây chỉ mô tả các kích hoạt MOSFET. Cơ bản, đối với MOSFET kênh
N, nếu điện áp chân G lớn hơn chân S khoảng từ 3V thì MOSFET bão hòa hay
dẫn. Khi đó điện trở giữa 2 chân D và S rất nhỏ (gọi là điện áp dẫn DS), MOSFET
tương đương với một khóa đóng. Ngược lại, với MOSFET kênh P, khi điện áp
chân G nhỏ hơn điện áp chân S khoảng 3V thì MOSFET dẫn, điện áp dẫn cũng rất
nhỏ. Vì tính dẫn của MOSFET phụ thuộc vào điện áp chân G ( khác với BJT, tính
dẫn phụ thuộc vào dòng IB ), MOSFET được gọi là linh kiện điều khiển bằng điện
áp, rất lý tưởng cho các mạch số nơi mà điện áp được dùng làm mức logic.

MOSFET thường được dùng thay các BJT trong các mạch cầu H vì dòng mà




23


linh kiện bán dẫn này có thể dẫn rất cao, thích hợp cho các mạch công suất lớn. Do
cách thức hoạt động, có thể hình dung MOSFET kênh N tương đương một BJT
loại npn và MOSFET kênh P tương đương BJT loại pnp. Thông thường các nhà
sản xuất MOSFET thường tạo ra 1 cặp MOSFET gồm 1 linh kiện kênh N và 1 linh
kiện kênh P, 2 MOSFET này có thông số tương đồng nhau và thường được dùng
cùng nhau. Một ví dụ dùng 2 MOSFET tương đồng là các mạch số CMOS
(Complemetary MOS ). Cũng giống như BJT, khi dùng MOSFET cho mạch cầu
H, mỗi loại MOSFET chỉ thích hợp với 1 vị trí nhất định, MOSFET kênh N được
dùng cho các khóa phía dưới và MOSFET kênh P dùng cho các khóa phía trên. Để
giải thích, hãy ví dụ một MOSFET kênh N được dùng điều khiển motor DC như
trong hình 4.5.

Hình 13- Dùng MOSFET kênh N điều khiển motor DC.
Ban đầu MOSFET không được kích, không có dòng điện trong mạch, điện áp
chân S bằng 0. Khi MOSFET được kích và dẫn, điện trở dẫn DS rất nhỏ so với trở
kháng của motor nên điện áp chân S gần bằng điện áp nguồn là 12V. Do yêu cầu
của MOSFET, để kích dẫn MOSFET thì điện áp kích chân G phải lớn hơn chân S
ít nhất 3V, nghĩa là ít nhất 15V trong khi chúng ta dùng vi điều khiển để kích
MOSFET, rất khó tạo ra điện áp 15V. Như thế MOSFET kênh N không phù hợp
để làm các khóa phía trên trong mạch cầu H (ít nhất là theo cách giải thích trên).
MOSFET loại P thường được dùng trong trường hợp này. Tuy nhiên, một nhược
điểm của MOSFET kênh P là điện trở dẫn DS của nó lớn hơn MOSFET loại N. Vì
thế, dù được thiết kế tốt, MOSFET kênh P trong các mạch cầu H dùng 2 loại
MOSFET thường bị nóng và dễ hỏng hơn MOSFET loại N, công suất mạch cũng




24


bị giảm phần nào. Hình 14 thể hiện một mạch cầu H dùng 2 loại MOSFET tương
đồng.

Hình 14. Mạch cầu H dùng MOSFET.
Ta dùng 2 MOSFET kênh N của IRF540 và 2 kênh P của IRF9540 của hãng
International Rectifier làm các khóa cho mạch cầu H. Các MOSFET loại này chịu
dòng khá cao (có thể đến 30A, danh nghĩa) và điện áp cao nhưng có nhược điểm là
điện trở dẫn tương đối cao. Phần kích cho các MOSFET kênh N bên dưới thì
không quá khó, chỉ cần dùng vi điều khiển kích trực tiếp .
1.2 Nguyên lý hoạt đông của mạch cầu H dùng MOSFET

Hình ảnh minh họa nguyên lý hoạt động của mạch cầu H
a. Động cơ quay thuận b. Động cơ quay ngược
Hình 15 . Mạch cầu H